一种宽调速范围的开关磁阻低速控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种宽调速范围的开关磁阻低速控制方法及系统，该方案针对宽调速范围的开关磁阻电机的低速调节区，采用位置角度闭环而速度控制根据转速情况自动开环或闭环调节的方式，实现开关磁阻电机低速区域的分段控制，提出在电角度转速低于600RPM时，采用位置角度闭环而速度开环的调节方式；电角度转速高于600RPM时，采用位置角度闭环且速度闭环的调节方式；两种方式都辅以动态调整PWM定时器时钟源频率和PI参数的控制策略，使开关磁阻电机可在额定转速0.5％以下连续运行，并能实时快速跟踪负载变化，实现转速的快速调节。实现转速的快速调节。实现转速的快速调节。

【技术实现步骤摘要】
一种宽调速范围的开关磁阻低速控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及电机控制
，具体为一种宽调速范围的开关磁阻低速控制方法及系统。

技术介绍

[0002]开关磁阻电机是一种新型调速电机，调速系统一般采用功率H桥为基础，单H桥为一相，具有直流系统调速范围宽和交流系统成本低适应范围光的优点，是继交流变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的新一代无极调速系统。开关磁阻电机的电机系统，调速范围宽，调速性能优异，调速系统无桥臂短路风险，不需要插入死区，减小不必要的损耗，在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。
[0003]开关磁阻电机的本体结构简单，性能优越，可靠性高，覆盖功率范围数十W～数MW的各种高低速驱动调速系统。开关磁阻电机存在许多潜在的领域，在各种需要调速和高效率的场合均能得到广泛使用(电动车驱动、通用工业、家用电器、纺织机械、电力传动系统等各个领域)。
[0004]高转速宽调速范围的开关磁阻电机，调速范围可以从30RPM
‑
20000RPM，但在低速阶段，包括起动和极低速、低速阶段，以及负载较轻时：
[0005]1、供电的直流母线电压不变，功率开关器件的最小开通时间不能太小，采用固定PWM调制方式，最小占空比有限，不能获得低转速；
[0006]2、在极低转速或起动时，位置角度开环容易导致在起动或运行相位错误，产生零转矩或负转矩，导致电机转子抖动或反转，对于电机轴端连接构件产生损伤，也使得运转不连续；
[0007]3、采用固定导通脉宽的跳周期调制方式时，可以使得等效占空比变小，但变化不连续，容易使得转速波动或者转速闭环控制振荡甚至控制失效；
[0008]4、非连续的PWM调制，容易导致电流控制带宽变窄，降低负载跟踪性能，从而影响调速性。

技术实现思路

[0009]鉴于宽调速范围的开关磁阻电机低速阶段控制存在以上问题，本专利技术提出一种宽调速范围的开关磁阻低速控制方法及系统，实现电角度转速200RPM～1000RPM范围内，相当于最高转速0.25％～1.25％范围内连续转速调节，并经过实际运转测试，验证了本专利技术算法的可行性和稳定性。
[0010]本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：
[0011]一种宽调速范围的开关磁阻低速控制方法，所述方法包括：
[0012]确定处于不同运行阶段下开关磁阻电机的速度调节方式；包括位置角度闭环而转速开环的速度调节和位置角度闭环且转速闭环调节；
[0013]采用相应的位置角度闭环而转速开环的速度调节或者位置角度闭环且转速闭环
调节方式，动态调节PWM定时器时钟源频率和PI参数，使得开关磁阻电机在额定转速区域内连续运行。
[0014]优选的，所述确定处于不同运行阶段下开关磁阻电机的速度调节方式包括：
[0015]辨识开关磁阻电机的运行速度；
[0016]当开关磁阻电机处于极低速阶段时，采用位置角度闭环而转速开环的速度调节方式；
[0017]当电机处于低速阶段时，采用位置角度闭环且转速闭环的速度调节方式。
[0018]进一步地，所述辨识开关磁阻电机的运行速度包括：若开关磁阻电机的电角度转速小于600RPM时，开关磁阻电机处于电机起动和极低速阶段；若电角度转速大于600RPM，则处于电机低速运行阶段。进一步地，所述采用位置角度闭环而转速开环的速度调节方式，动态调节PWM定时器时钟源频率和PI参数包括：
[0019]在位置角度闭环而转速开环调节情况下，根据每个换相时间间隔内位置传感器信号改变的次数N的情况分别进行处理，具体如下：
[0020]当N＝0时，表明负载转矩＞电机给定转矩，则为了减小转矩脉动，保持PWM频率10kHz不变，提高占空比，提高有效作用的脉冲宽度，最高至60％占空比；
[0021]当N＝1时，表明负载转矩＝电机给定转矩，则不改变PWM频率及PWM定时器时钟源，维持占空比、有效作用脉冲宽度不变；
[0022]当N＞1时，表明负载转矩＜电机给定转矩，则保持PWM频率不变，减小占空比，当占空比减小后折算的有效导通脉宽＜2us时，保持有效导通脉宽不变，开始调低PWM定时器时钟源频率，等效于继续减小有效占空比；此时同步调节占空比大小，以维持有效导通脉宽为2us，否则等效占空比不变；每个换相时间间隔调节一次，直至N＝1或者等效的PWM频率为1kHz。
[0023]进一步地，所述采用位置角度闭环且转速闭环调节方式，动态调节PWM定时器时钟源频率和PI参数包括：
[0024]在位置角度闭环且转速闭环调节情况下，软件进行PI调节，PI调节输出量为占空比标幺值，根据当时PWM频率条件下的有效脉冲宽度进行PWM定时器时钟源调整，具体如下：
[0025]当PI计算输出占空比在当时PWM频率条件下，折算的导通时间间隔＜2us，则以2us脉宽和计算的占空比为基准，重新计算PWM频率，连续改变PWM定时器时钟源频率，直至达到最小的PWM频率1kHz；
[0026]当PI计算输出占空比在当时PWM频率条件下，折算的导通时间间隔≥2us时，则以实际脉宽和计算的占空比为基准，重新计算PWM频率，连续改变PWM定时器时钟源频率，直至达到最高的PWM频率10kHz，并且一直保持该PWM不变。
[0027]一种宽调速范围的开关磁阻低速控制系统，所述系统包括：
[0028]确定模块，用于确定处于不同运行阶段下开关磁阻电机的速度调节方式；包括位置角度闭环而转速开环的速度调节和位置角度闭环且转速闭环调节；
[0029]控制模块，用于采用相应的位置角度闭环而转速开环的速度调节或者位置角度闭环且转速闭环调节方式，动态调节PWM定时器时钟源频率和PI参数，使得开关磁阻电机在额定转速区域内连续运行。
[0030]优选的，所述确定模块包括：
[0031]识别单元，用于辨识开关磁阻电机的运行速度；
[0032]第一定义单元，用于当开关磁阻电机处于极低速阶段时，采用位置角度闭环而转速开环的速度调节方式；
[0033]第二定义单元，用于当电机处于低速阶段时，采用位置角度闭环且转速闭环的速度调节方式。
[0034]进一步地，所述识别单元还包括：第一识别子单元，用于若开关磁阻电机的电角度转速小于600RPM时，开关磁阻电机处于电机起动和极低速阶段；
[0035]第二识别子单元，若电角度转速大于600RPM，则处于电机低速运行阶段。
[0036]优选的，所述控制模块包括：第一调整单元，用于在位置角度闭环而转速开环调节情况下，根据每个换相时间间隔内位置传感器信号改变的次数N的情况分别进行处理；
[0037]第二调整单元，用于在位置角度闭环且转速闭环调节情况下，软件进行PI调节，PI调节输出量为占空比标幺值，根据当时PWM频率条件下的有效脉冲宽度进行PWM定时器时钟源调整。
[0038]本专利技术的有益效果体现在：
[0039]本专利技术可直接应用于宽调速范围的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽调速范围的开关磁阻低速控制方法，其特征在于，所述方法包括：确定处于不同运行阶段下开关磁阻电机的速度调节方式；包括位置角度闭环而转速开环的速度调节和位置角度闭环且转速闭环调节；采用相应的位置角度闭环而转速开环的速度调节或者位置角度闭环且转速闭环调节方式，动态调节PWM定时器时钟源频率和PI参数，使得开关磁阻电机在额定转速区域内连续运行。2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机低速控制方法，其特征在于：所述确定处于不同运行阶段下开关磁阻电机的速度调节方式包括：辨识开关磁阻电机的运行速度；当开关磁阻电机处于极低速阶段时，采用位置角度闭环而转速开环的速度调节方式；当电机处于低速阶段时，采用位置角度闭环且转速闭环的速度调节方式。3.根据权利要求2所述的开关磁阻电机低速控制方法，其特征在于：所述辨识开关磁阻电机的运行速度包括：若开关磁阻电机的电角度转速小于600RPM时，开关磁阻电机处于电机起动和极低速阶段；若电角度转速大于600RPM，则处于电机低速运行阶段。4.根据权利要求2所述的开关磁阻电机低速控制方法，其特征在于，所述采用位置角度闭环而转速开环的速度调节方式，动态调节PWM定时器时钟源频率和PI参数包括：在位置角度闭环而转速开环调节情况下，根据每个换相时间间隔内位置传感器信号改变的次数N的情况分别进行处理，具体如下：当N＝0时，表明负载转矩＞电机给定转矩，则为了减小转矩脉动，保持PWM频率10kHz不变，提高占空比，提高有效作用的脉冲宽度，最高至60％占空比；当N＝1时，表明负载转矩＝电机给定转矩，则不改变PWM频率及PWM定时器时钟源，维持占空比、有效作用脉冲宽度不变；当N＞1时，表明负载转矩＜电机给定转矩，则保持PWM频率不变，减小占空比，当占空比减小后折算的有效导通脉宽＜2us时，保持有效导通脉宽不变，开始调低PWM定时器时钟源频率，等效于继续减小有效占空比；此时同步调节占空比大小，以维持有效导通脉宽为2us，否则等效占空比不变；每个换相时间间隔调节一次，直至N＝1或者等效的PWM频率为1kHz。5.根据权利要求2所述的开关磁阻电机低速控制方法，其特征在于，所述采用位置角度闭环且转速闭环调节方式，动态调节PWM定时器时钟源频率和PI参数包括：在位置角...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛超，甄鹏，
申请(专利权)人：盛超，
类型：发明
国别省市：